Обследование электромагнитной совместимости (ЭМС) 0.4-500 кВ

Электромагнитная совместимость (ЭМС) электрооборудования классов 0.4-500 кВ является критическим фактором, определяющим надежность работы систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и АСУ ТП. Согласно СТО 34.01-23.1-001-2017, электромагнитные помехи могут приводить к ложным срабатываниям защит, искажению измерительной информации, сбоям в работе микропроцессорных устройств и выходу оборудования из строя. Основными источниками помех являются коммутационные процессы в силовых цепях, токи короткого замыкания, грозовые разряды, работа преобразовательной техники и сварочного оборудования.

Когда требуется обследование ЭМС

Признаки проблем с электромагнитной совместимостью

Обследование ЭМС проводится при наличии признаков электромагнитной несовместимости: нестабильная работа АСУ ТП, ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), необъяснимые отказы микропроцессорных устройств, ошибки в работе счетчиков электроэнергии, наводки в кабелях цепей управления и измерения (напряжение более 5-10 В), периодические сбои связи и телемеханики, а также при жалобах на поражение электрическим током при прикосновении к оборудованию. Дополнительные признаки: искрение и нагрев контактных соединений, нарушение целостности экранов кабелей, коррозия заземляющих проводников, наличие высших гармоник в сети (содержание более 5-8%).

Периодичность и внеплановые обследования

Периодичность обследования ЭМС нормативно не закреплена, но согласно рекомендациям СТО 34.01-23.1-001-2017, плановое обследование рекомендуется выполнять 1 раз в 4-6 лет при плановом техническом обслуживании подстанций и промышленных объектов. Внеплановые обследования обязательны после реконструкции оборудования, замены устройств РЗА и АСУ ТП, после аварийных отключений (коротких замыканий), при изменении схемы электроснабжения, после прокладки новых кабельных трасс, при появлении источников помех (частотные преобразователи, сварочные аппараты, мощные электродвигатели), а также при вводе в эксплуатацию объектов повышенной ответственности (больницы, котельные, производства непрерывного цикла).

Методы обследования электромагнитной совместимости

Измерение наводок в кабелях и электромагнитных полей

Измерение наводок в кабелях и электромагнитных полей является основным методом диагностики ЭМС. Измерения выполняются с помощью осциллографа (полоса частот до 100 МГц), селективного вольтметра и измерителя напряженности электромагнитного поля. Контролируются: напряжение наводки в цепях управления и измерения (амплитуда, частота) — норма не более 5-10 В в импульсных режимах и не более 0.5-1.0 В в установившемся режиме; уровень электромагнитного поля в зоне расположения электронных устройств — норма по напряженности не более 3-10 В/м в диапазоне частот до 1 ГГц (в зависимости от типа оборудования). Особое внимание уделяется кабелям, проложенным параллельно с силовыми линиями на расстоянии менее 0.5-1.0 м на участках длиной более 10-20 м. Измерения проводятся при нормальном режиме работы оборудования и при пуске мощных электродвигателей (запись переходных процессов).

Анализ системы заземления и экранирования

Анализ системы заземления и экранирования включает: измерение сопротивления заземляющего устройства (норма для объектов с электронным оборудованием — не более 1-4 Ом), проверку целостности заземляющих проводников (сопротивление между точками не более 0.05-0.1 Ом), измерение сопротивления перехода «заземлитель — экран кабеля» (не более 0.1-0.5 Ом), проверку изоляции экранов от земли (мегаомметром на 500 В, норма — не менее 1-10 МОм), анализ схем подключения экранов (одностороннее или двухстороннее заземление в зависимости от типа сигнала), проверку уравнивания потенциалов между корпусами оборудования и заземлителем (разность потенциалов не более 20-50 В). Для кабельных трасс проверяется целостность экранирующих оболочек, наличие заземления экранов по всей длине трассы, правильность прокладки силовых и слаботочных кабелей (расстояние между ними не менее 0.3-0.5 м в зависимости от типа кабеля).

Типовые нарушения ЭМС

Наводки в цепях управления и измерительных цепях

Наводки в цепях управления и измерительных цепях являются наиболее частыми нарушениями ЭМС. При параллельной прокладке силовых и слаботочных кабелей на расстоянии менее 0.3-0.5 м возникают емкостные и индуктивные связи, приводящие к появлению напряжения наводки до 10-50 В и более. Особую опасность представляют цепи дискретных входов контроллеров (24-220 В) — наводки могут имитировать команды управления или блокировки. В измерительных цепях трансформаторов тока и напряжения (вторичный ток 1-5 А, напряжение 100 В) наводки вызывают погрешности измерения до 1-5%, что критично для коммерческого учета и работы дифференциальных защит. Причинами наводок являются: отсутствие экранов, нарушение заземления экранов (обрыв, коррозия), недостаточное сечение заземляющих проводников, отсутствие витых пар в слаботочных кабелях. Нормируемый уровень наводок: для аналоговых сигналов 4-20 мА — не более 0.5-1.0% от диапазона, для дискретных сигналов — не более 10-20% от номинального напряжения (не более 10 В для цепей 24 В).

Дефекты заземления и экранирования кабелей

Дефекты заземления и экранирования кабелей являются основной причиной электромагнитной несовместимости. Основные дефекты: обрыв заземляющих проводников (сопротивление более 0.1-0.2 Ом между точками контура), коррозия мест сварки и болтовых соединений (потеря сечения более 30-50%), отсутствие или повреждение экранов кабелей (обрыв экрана, некачественное соединение), неправильное заземление экранов (заземление с двух сторон для аналоговых сигналов, что создает контур тока), отсутствие перемычек уравнивания потенциалов между корпусами шкафов и заземлителем (разность потенциалов более 50-100 В), недостаточная площадь сечения заземляющих шин (менее 25-50 мм² для медной шины, менее 50-100 мм² для стальной). Особое внимание уделяется точкам подключения экранов к шине заземления — сопротивление перехода не должно превышать 0.01-0.05 Ом. Для кабелей, прокладываемых на открытом воздухе, дополнительно проверяется целостность брони и влагозащита — нарушение герметичности приводит к коррозии экрана и снижению экранирующих свойств.

Оформление результатов и рекомендации

Протокол (отчет) обследования ЭМС

Протокол (отчет) обследования электромагнитной совместимости оформляется в соответствии с требованиями СТО 34.01-23.1-001-2017 и включает три обязательных раздела. Первый раздел — паспортные данные: объект обследования (подстанция, ТП, промышленный объект), класс напряжения (0.4-500 кВ), перечень оборудования, подверженного помехам (АСУ ТП, РЗА, счетчики), состав источников помех (частотные преобразователи, сварочные аппараты, мощные электродвигатели, коммутационные аппараты). Второй раздел — результаты измерений: уровень наводок в цепях управления (В, частота), уровень наводок в измерительных цепях (В, погрешность, %), уровень электромагнитного поля в зоне расположения электроники (В/м), сопротивление заземляющего устройства (Ом), целостность заземляющих проводников (сопротивление между точками, Ом), сопротивление перехода «заземлитель — экран» (Ом), сопротивление изоляции экранов (МОм), разность потенциалов между корпусами оборудования (В), расстояние между силовыми и слаботочными кабелями (м), состояние экранов (наличие повреждений). Третий раздел — заключение о соответствии оборудования требованиям ЭМС, рекомендации по устранению нарушений, срок повторного обследования. Протокол подписывается руководителем электролаборатории и заверяется печатью.

Рекомендации по устранению помех

На основании результатов обследования разрабатываются рекомендации по устранению помех. Основные мероприятия: увеличение расстояния между силовыми и слаботочными кабелями до 0.5-1.0 м (перекладка кабелей, использование разделительных перегородок), замена кабелей на экранированные (витая пара, коаксиальные кабели), правильное заземление экранов (одностороннее для аналоговых сигналов, двухстороннее для импульсных), установка фильтров электромагнитных помех на входах питания АСУ ТП, применение ферритовых колец на кабелях цепей управления, устройство дополнительных контуров заземления (сопротивление не более 1-4 Ом), установка уравнивающих перемычек между корпусами шкафов (сечением не менее 25-50 мм²), замена неисправных экранов и заземляющих проводников, прокладка сигнальных кабелей в металлорукавах или кабельных лотках с заземлением, установка гальванической развязки (трансформаторы, оптроны, изолирующие усилители) в цепях с высоким уровнем помех. После выполнения мероприятий проводится повторное обследование для подтверждения эффективности. При невозможности устранения помех рассматривается вопрос о замене оборудования на более помехоустойчивое (степень защиты по ГОСТ Р 51522-99 — не ниже 3-4).

Практические особенности обследования ЭМС

Обследование электромагнитной совместимости согласно СТО 34.01-23.1-001-2017 является обязательным этапом при вводе в эксплуатацию новых объектов, реконструкции и при возникновении сбоев оборудования. Уровень наводок в цепях управления и измерения не должен превышать 5-10 В в импульсных режимах и 0.5-1.0 В в установившемся режиме для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока уровень наводок не должен вызывать погрешность измерения более 1-2% для устройств учета и 5-10% для РЗА. Основным источником проблем ЭМС является некачественное заземление и нарушение правил прокладки кабелей. Расстояние между силовыми и слаботочными кабелями должно быть не менее 0.3-0.5 м, а при параллельной прокладке на расстоянии менее 0.3 м обязательна прокладка в заземленных металлических лотках или трубах. Экраны кабелей должны быть заземлены с одной стороны для аналоговых сигналов (со стороны приемника) и с двух сторон для импульсных сигналов. Сопротивление заземляющего устройства для объектов с электронным оборудованием не должно превышать 1-4 Ом. Своевременное выявление и устранение нарушений ЭМС позволяет значительно повысить надежность работы систем РЗА, АСУ ТП и коммерческого учета электроэнергии. Затраты на обследование и устранение помех в разы ниже затрат на ликвидацию последствий аварий, вызванных ложными срабатываниями или отказами оборудования.

Дополнительно при обследовании ЭМС рекомендуется выполнять: спектральный анализ наводок для выявления резонансных частот и источников гармоник, анализ переходных процессов при коммутации силового оборудования (запись осциллографом), проверку эффективности работы УЗИП (устройств защиты от импульсных перенапряжений), измерение сопротивления растеканию тока заземляющего устройства в импульсном режиме (для оценки эффективности при грозовых воздействиях), анализ высших гармоник в сети (THD — коэффициент нелинейных искажений, норма не более 5-8% в соответствии с ГОСТ 32144-2013). Для объектов с высокими требованиями к ЭМС (медицинские учреждения, объекты атомной энергетики, производства непрерывного цикла) рекомендуется проводить расширенное обследование с моделированием электромагнитной обстановки и расчетом помехоустойчивости оборудования. Результаты заносятся в паспорт ЭМС объекта. При вводе в эксплуатацию новых кабельных линий рекомендуется предварительный расчет наводок по длине параллельного сближения и току в силовой линии. При превышении допустимых уровней наводок (более 5-10 В) должна быть пересмотрена трасса прокладки или применены дополнительные экранирующие мероприятия.